[发明专利]一种含三自由度能量阱的磁流变自调谐吸振器

说明书

本发明公开了一种含三自由度能量阱的磁流变自调谐吸振器，包括加速度传感器、电子控制单元、驱动模块和吸振器，所述加速度传感器感测输流管道的振动加速度，并作为闭环控制的振动信号传递给所述的电子控制单元；电子控制单元用于根据泵转速值和加速度传感器提供的振动信号，并与预定幅值进行对比得到误差信号，从而生成并输出控制信号；驱动模块根据接收到的控制信号后输出一定幅值和频率的驱动信号；吸振器安装在输流管道上，用于接收驱动信号并产生电磁阻尼与泵传递给输流管道的激励力进行抵消。本发明通过实时感测泵的振动响应，控制吸振器施加电磁阻尼从而抵消电动机传递的激励力，具有较明显的减振效果、成本低、体积小、使用灵活。

技术领域

本发明属于一种流体传动技术领域的吸振器，特别涉及一种含三自由度能量阱的磁流变自调谐吸振器。

背景技术

流体传动是以流体作为工作介质，进行能量转换、传递和控制的一种传动方式。因为流体传动所具有的独特优越性，使其得到广泛应用，现已成为工业、农业、国防和科学技术现代化进程中不可替代的一项重要的基础技术。例如，在液压系统中，所有元件与附件都是依靠液压管路及管接头进行连接，将液压介质从液压泵输送到各执行机构，再从执行机构引回油箱形成封闭回路，构成一个完整的液压系统。管路系统中存在泵、阀门、分支管路等内部激励以及基础或铺板振动等外部激励，因而会诱发管路结构及管内流体的振动，这些管路结构及流体的振动还会相互耦合而产生流固耦合(FSI)振动，如何避免管道因结构、内流和流固耦合效应产生的振动以及由非线性等因素所诱发的混沌运动，近几十年来，输流管路的振动特性及其控制问题是工程界亟需解决的重要课题，因为在这些情况下经常出现的输流管道失稳会给系统的运作带来灾难性的破坏，其颤振或混沌运动所引起的高分贝噪声对生产和生活环境也极具危害。

消能减振装置根据刚度单元或阻尼单元的特性不同，可以分为线性和非线性两种形式。工程中广泛使用的动力吸振器(Dynamic vibration absorber,DVA)也称为调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)是一种应用较多的被动振动控制设备，动力吸振器通过设计其固有频率与主系统振动所受激励频率相同或接近，利用共振原理抑制系统的振动，TMD作为一种线性阻尼器，只能在特定的频带内发挥良好的减振效果，然而外界激励的频率以及主体结的动力特性往往会随时间发生变化。，这时TMD便会丧失减振效率，甚至会加剧主体结构的振动响应。非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)具有附加质量小、振动抑制频带宽、可完成定向靶能量传递、可靠性高、鲁棒性强等优点，可有效弥补TMD在非线性振动领域的缺陷，但，现有的非线性能量阱装置(NES)，均为被动控制，不能根据外部激励的特点以及结构自身的振动特性的变化做出及时调整，存在一定的局限性。因此，本发明将半主动控制技术与NES被动控制技术进行结合，通过振动特征对磁性液体的磁场环境进行反馈控制，产生可变阻尼，消耗NES-磁流变动力吸振器从液压管道吸收过来的振动能量，实现被动与主动结合的半主动振动控制。

磁性液体是一种长期稳定存在的胶体，由基载液、微/纳米尺度的磁性颗粒以及包裹在磁性颗粒表面的表面活性剂组成。磁性液体的第二类悬浮特性指的是，磁铁浸没在磁性液体中受到的浮力大于阿基米德浮力，因此磁性液体可以将浸在其中的、比重大于磁性液体的磁铁悬浮起来。基于磁性液体第二类悬浮特性的磁性液体阻尼减振器通过磁性液体和壳体之间的摩擦、碰撞，磁性液体内部的剪切，以及悬浮体与磁性液体之间的摩擦耗散能量，实现阻尼减振效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种含三自由度能量阱的磁流变自调谐吸振器，基于磁性液体的第二类悬浮特性，实现了非线性能量阱的半主动化改造，可以根据结构对外部扰动的响应实时改变磁性液体的磁场环境，产生可变阻尼。可作为半主动控制广泛应用在机械工程振动领域吸振、减振。

技术方案：根据本发明实施例的一种含三自由度能量阱的磁流变自调谐吸振器，其由减振系统和控制系统组成，减振系统包括三个移动自由度方向上的六个减振单元，其结构均由外壳、动质量和定子组成；测控系统包括位移传感器、DSP控制器、电流驱动器。